Материал: 2160
Министерство образования и науки Российской Федерации СибАДИФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
« ибирск й государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»
В. . Червенчук, А. А. Руппель
ЭЛЕКТРОННЫЕ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Учебно-методическое пособие
Омск ■ 2018
УДК 621.113.066 |
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей |
от информации, причиняющей вред их здоровью |
|
СибАДИ |
|
БКК 39.33-04 |
и развитию» данная продукция маркировке |
Ч-45 |
не подлежит. |
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. Б.В. Савельев (СибАДИ); канд. техн. наук, доц. Р.Ю. Сухарев (СибАДИ)
Работа утверждена редакционноздательск м советом Си АДИ в качестве учебно-методического пособия.
Червенчук, Владимир Дм тр ев ч.
Ч-45 Электронные и микропроцессорные с стемы управления [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / В.Д. Червенчук,
А.А. Руппель. – Электронные дан. – Омск : С бАДИ, 2018. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
ISBN 978-5-00113-079-6.
Рассмотрены практические вопросы применения цифровых интегральных схем транзисторно-транзисторной логики при проектировании микропроцессорных систем управления, их электронные схемы и принципы работы. Изложены методы отладки электронных схем средствами имитации работы электрических цепей.
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.
Предназначено для проведения практических занятий и лабораторных работ по дисциплинам «Электрические и электронные аппараты», «Проектирование микропроцессорных систем автомобилей», «Основы цифровой техники», «Электронные системы автомобилей», «Источники автономного питания транспортных средств», «Электрооборудование автомобилей и тракторов» с обучающимися всех форм обучения по направлениям бакалавриата «Энергетическое машиностроение», «Технология транспортных процессов», «Наземные транспортно-технологические средства», «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», «Профессиональное обучение» и специалитета по специальности «Наземные транспортно-технологические комплексы».
Подготовлено на кафедре «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование».
Текстовое (символьное) издание (4 МБ)
Системные требования: Intel, 3.4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7;DVD-ROM;
1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: Adobe Acrobat; Foxit Reader Редактор Н. . Косенкова
Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова Издание первое. Дата подписания к использованию 30.05.2018
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО СибАДИ, 2018
ВВЕДЕНИЕ
Понятие электронной системы управления является более общим, нежели понятие микропроцессорной системы. Под электронной системой управления понимается система, построенная на интегральных схемах и полупроводниковых приборах. Алгоритм функционирования
такой системы однозначно определяется принципиальной электриче- СибАДИской схемой блока управления. Чтобы изменить этот алгоритм, необходимо менять весь электронный блок управления (ЭБУ) системы. Для
нового алгор тма функционирования потребуется переделка всей системы электронных схем, из которых состоит ЭБУ. Всю совокупность данных схем называют аппаратным обеспечением системы управления.
Однако если дополнить такой ЭБУ микроконтроллером (программно управляемым устройством, аналогичным компьютеру), то алгоритм функц он рования полученной системы управления можно будет менять без зменения ее аппаратных средств. Это уже будет микропроцессорная с стема управления, которая помимо аппаратных средств (hardware) удет иметь еще и программные средства (software). В м кропроцессорной системе алгоритм функционирования можно менять, не изменяя при этом hardware.
В настоящее время микропроцессорные системы имеют очень широкое применение не только в робототехнике, системах управления различными узлами и агрегатами автомобилей, но и в бытовой технике. Интегральные схемы применяются в теле- и радио-аппаратуре, измерительных и бытовых приборах, мобильных телефонах, айфонах, смартфонах, стиральных машинах, холодильниках и т.д. Трудно сегодня найти такой бытовой прибор, где бы ни использовались электронные микросхемы. Поэтому их изучение имеет не только научно-технический, но и практический интерес. Электроника как наука возникла на стыке трех наук – электродинамики, физики твердого тела и математической логики. Электронные микросхемы таят в себе большие возможности для проектирования «умных» устройств, способных рационально управлять сложными техническими системами. будущее именно за такими системами. Следовательно, усвоение азов электроники – требование времени. Целью настоящего пособия является помочь студентам усвоить эти азы. В качестве инструмента для самостоятельной работы студентов предлагается симулятор проектирования и имитации работы электронных схем Electronics Workbench, к которому имеется свободный доступ в Интернете. Методы пользования этим программным продуктом представлены в описании рекомендаций по выполнению лабораторных работ.
3
1.ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
КПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
Настоящее учебно-методическое пособие содержит материал к двенадцати практическим занятиям. Практические занятия проводятся аудиторно, наличие вычислительных средств желательно (задания, требующие наличия вычислительной техники, являются дополнительными и могут быть выполнены студентами во внеаудиторное время). Наличие краткого теорет ческого материала, пояснений и примеров позволяет
студенту выполн ть задания к практическим занятиям самостоятельно, |
|
что дает возможность использовать данные методические указания при |
|
заочной форме обучения. Работа рассчитана на 2 часа: час на объясне- |
|
С |
примерно час – на выполнение заданий и ответы на |
ние темы занят |
|
выполненияуспешного х тре уется наличие базовых знаний дисциплин «Электротехн ка» и «Физические основы электроники».
вопросы.
б вым темам курса поАмикропроцессорным системам, а именно к темам:
Данные практ ческие занятия относятся к первому этапу подготовки спец ал стов по электронной и микропроцессорной технике. Для
Практ ческ е занятия по тематике относятся к первым пяти базо-
«Логические функции и элементы», «Комбинационные схемы», «Триггеры и регистры», «Счетчики и сумматоры», «Запоминающие устройства и средства о мена данными между ними». Общей задачей данных занятий является проработка ряда специфических практических вопросов схемотехники логических элементов.
конъюнктивные нормальные формыД, практическое применение этих методов для синтеза логических автоматов без памяти. При этом решение
Задачей первых трёх практических занятий является закрепление
знаний по булевой алгебре и исчислению булевых функций, усвоение
методов и средств их преобразований в совершенные дизъюнктивные и
данной задачи обеспечит понимание языка электронных схем и умение составлять эти схемы по формулам булевой алгебры и таблицам истинности для этих формул.
Задачей последующих занятий являетсяИзакрепление знаний о ключевых элементах микропроцессорных систем (их наименовании, функциональном назначении и логике их работы).
Практические занятия идут по нарастанию сложности и требуют обязательной проработки теоретического лекционного материала по соответствующим темам.
Для успешного выполнения работ необходимо иметь навыки работы со справочной литературой [3, 5], изучить номенклатуру выпускаемых промышленностью изучаемых электронных компонентов в инте-
4
гральном исполнении, при необходимости уметь извлекать необходимую справочную информацию из Интернета. Желательно уметь пользоваться компьютерными средствами схемотехнического моделирования.
|
Практическое занятие №1 |
|
ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ СОЕДИНЕНИЯ |
|
Цель занят я: усвоение методов моделирования работы комбина- |
ционных устройств логическими операциями соединения. |
|
СКратк е теорет ческие сведения |
|
|
Электрон ка дел тся на аналоговую и цифровую. Цифровую мик- |
росхему можно представить в виде «черного ящика» (мы не знаем, что |
|
там |
) с n входами и m выходами. Входные и выходные сигналы |
внутритакой м кросхемы являются цифровыми величинами, то есть величинами, которые могут меть только два возможных значения – 0 или 1. В математ ке так е вел чины называют булевыми переменными.
Микросхемы, у которых значения выходных сигналов однозначно определяются значениями входных сигналов, называются комбинацион-
ными логическими устройствами (КЛУ).
Рассмотрим простейшее КЛУ с двумя входами и одним выходом
(рис. 1.1). |
|
|
|
|
|
|
бА |
|
|
|
|||
|
x1 |
микросхема |
|
yi |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
Д |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
Рис. 1.1. КЛУ с двумя входами |
|
|
|
|
Здесь выходом будет зависимая булева переменная yi |
f x1, x2 , то |
|||||
есть булева функция от двух булевых переменных x1 |
и |
x2 . Булевы |
||||
|
|
И |
||||
функции от двух булевых переменных называют логическими операциями соединения. Они представляют собой математические модели элементарных микросхем с двумя входами и одним выходом.
Общее число таких микросхем будет равно 222 16. Именно столько подмножеств имеет единичный квадрат, который можно рас-
сматривать как множество 0,1 2 0,0 , 0,1 , 1,0 , 1,1 [1, с. 44]. Полный перечень бинарных булевых функций представлен в таб-
лице (табл. 1.1) [1, с. 45]. В данной таблице в крайнем левом столбце
5